一種高功率密度的電機(jī)定子鐵芯結(jié)構(gòu)及應(yīng)用其的電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的主要目的在于提供一種高功率密度的電機(jī)定子鐵芯結(jié)構(gòu)及應(yīng)用其的電機(jī)，該電機(jī)定子鐵芯結(jié)構(gòu)，包括定子鐵芯本體及定子鐵芯端部，所述的定子鐵芯本體為2D結(jié)構(gòu)，由所述的軟磁材料構(gòu)成；所述的定子鐵芯端部，其設(shè)在所述的定子鐵芯本體的端部，且與所述的定子鐵芯本體相配合的一側(cè)，為平面結(jié)構(gòu)，所述的定子鐵芯端部的另一側(cè)，圓周上設(shè)有凸出平面的擋垣。本發(fā)明可以避免軟磁復(fù)合材料（SMC）的磁飽和點(diǎn)較低的弱點(diǎn)，將SMC用于高功率密度電機(jī)；同時(shí)，利用軟磁復(fù)合材料（SMC）所構(gòu)成的端部鐵芯，對(duì)與電樞繞組端部以較大的圓角實(shí)現(xiàn)接觸。這簡(jiǎn)化了鐵芯絕緣層的處理，提高了電樞繞組的可靠性；再者，其制作的電機(jī)的結(jié)構(gòu)更加緊湊。這有利于增加電機(jī)的功率密度。
【專利說(shuō)明】
—種高功率密度的電機(jī)定子鐵芯結(jié)構(gòu)及應(yīng)用其的電機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電機(jī)定子【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地講，是一種高功率密度的電機(jī)定子鐵芯結(jié)構(gòu)及應(yīng)用其的電機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002]電機(jī)是指依據(jù)電磁定律實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換的一種電磁裝置。永磁同步電機(jī)(PMSM)，因?yàn)槠涔β拭芏群碗姍C(jī)效率較高，因而在現(xiàn)代工業(yè)和家用產(chǎn)品中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。為了提高電機(jī)的功率密度，轉(zhuǎn)子的磁鋼需要采用像釹鐵硼這樣的高磁能量永磁材料做成。電機(jī)定子鐵芯的磁飽和現(xiàn)象也就比較明顯。
[0003]在圖1、2顯示了一個(gè)具有外轉(zhuǎn)子的永磁同步電機(jī)(PMSM)的基本結(jié)構(gòu)，其包括定子鐵芯P、纏繞在定子鐵芯I ^上的電樞繞組2'、轉(zhuǎn)子3'及轉(zhuǎn)子磁鋼4'，由于轉(zhuǎn)子磁鋼4'和定子鐵芯I'之間的作用面的大小與電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的能力大小密切相關(guān)。為了充分利用磁鋼所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，電機(jī)定子鐵芯I ^的長(zhǎng)度和轉(zhuǎn)子磁鋼4'的長(zhǎng)度被設(shè)計(jì)得基本一致。繞組的上端部61'與轉(zhuǎn)子的端蓋部分接近，而下端部62 '與定子的固定器件接近。
[0004]電機(jī)定子的電磁部分由電機(jī)定子鐵芯^和電樞繞組2 ^構(gòu)成。為了夠充分利用空間，定子上的電樞繞組2 '采用集中繞組的形式，以減少端部繞組的空間。
[0005]如圖3、4、5所示，一個(gè)集中繞組的線圈，一周的長(zhǎng)度由兩個(gè)Lc和兩個(gè)Le所組成。Lc部分位于鐵芯內(nèi)部，而Le部分位于鐵芯外部的端部，從圖6可以看出，通常，定子鐵芯I ;的長(zhǎng)度基本和轉(zhuǎn)子磁鋼4'的長(zhǎng)度一致，也就是說(shuō)，繞組的Lc基本和轉(zhuǎn)子磁鋼4'的長(zhǎng)度一致；
即使采用集中繞組，端部繞組所占的空間對(duì)高功率密度的電機(jī)還是不容忽視的。這是因?yàn)?，?dāng)使用繞線機(jī)把繞組繞進(jìn)定子鐵芯P的槽內(nèi)，端部繞組的尺寸難以控制得很準(zhǔn)確，因此電機(jī)定子的電磁部分的尺寸難于控制得很準(zhǔn)。即當(dāng)定子的槽滿率較高的時(shí)候，繞組的端部很容易松散，甚至造成繞組的脫落。從圖2可以看出，如果線圈的端部的61 '松脫，而其面對(duì)高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，電機(jī)會(huì)被嚴(yán)重?fù)p壞。所以，在電機(jī)的設(shè)計(jì)中，電機(jī)必須為繞組的端部留有足夠的空間，以便于安裝繞組，并且在電機(jī)運(yùn)行的時(shí)候保護(hù)繞組。而這樣處理的結(jié)果，造成電機(jī)結(jié)構(gòu)不夠緊湊；這些，使得電機(jī)的功率密度受到很大限制，而且很難保證對(duì)電機(jī)產(chǎn)品的生產(chǎn)良率及電機(jī)的可靠性。
[0006]當(dāng)使用軟磁復(fù)合材料(soft magnetic composite material, SMC),因?yàn)槠潆娮杪瘦^高，可以采用如圖6所示的三維定子鐵芯結(jié)構(gòu)。但SMC的磁飽和點(diǎn)較低。如果直接使用軟磁復(fù)合材料來(lái)做定子鐵芯，電機(jī)的高能量磁鋼不能夠充分發(fā)揮作用，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的功率密度下降。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的主要目的在于提供一種高功率密度的電機(jī)定子鐵芯結(jié)構(gòu)及應(yīng)用其的電機(jī)，其可克服上述缺陷，能解決由于繞組端部對(duì)電機(jī)體積的影響以及SMC應(yīng)用在電機(jī)鐵芯上的局限。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
一種高功率密度的電機(jī)定子鐵芯結(jié)構(gòu)，其包括定子鐵芯本體及定子鐵芯端部，所述的定子鐵芯本體為2D結(jié)構(gòu)，由所述的軟磁材料構(gòu)成；所述的定子鐵芯端部，其設(shè)在所述的定子鐵芯本體的端部，且與所述的定子鐵芯本體相配合的一側(cè)，為平面結(jié)構(gòu)，所述的定子鐵芯端部的另一側(cè)，圓周上設(shè)有凸出平面的擋垣。
[0009]上述的定子鐵芯端部的另一側(cè)，中心設(shè)有凸出平面的擋垣，與其圓周上的擋垣配合形成凹陷。
[0010]上述的定子鐵芯端部由軟磁復(fù)合材料制作而成。
[0011]上述的定子鐵芯端部上，纏繞電樞繞組的位置，設(shè)有倒角。
[0012]上述的倒角為圓弧形倒角。
[0013]上述的定子鐵芯端部設(shè)有兩個(gè)，分別設(shè)于所述的定子鐵芯本體的兩端。
[0014]一種電機(jī)，其包括有上述的高功率密度的電機(jī)定子鐵芯結(jié)構(gòu)、電樞繞組、轉(zhuǎn)子及轉(zhuǎn)子磁鋼，所述的電樞繞組纏繞在所述的定子鐵芯結(jié)構(gòu)上，所述的轉(zhuǎn)子磁鋼設(shè)于所述的轉(zhuǎn)子內(nèi)壁上，所述的轉(zhuǎn)子磁鋼套設(shè)在所述的定子鐵芯結(jié)構(gòu)外。
[0015]上述的電樞繞組的線圈端部位于所述的完全安裝在所述的定子鐵芯端部的凹陷中。
[0016]上述的電樞繞組的部分線圈端部位于所述的定子鐵芯端部的外部。
[0017]采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明具有以下效果:
1)可以充分利用軟磁復(fù)合材料(SMC)材料的功能，實(shí)現(xiàn)3D的鐵芯；
2)可以避免軟磁復(fù)合材料(SMC)的磁飽和點(diǎn)較低的弱點(diǎn)，將SMC用于高功率密度電機(jī)；
3)利用軟磁復(fù)合材料(SMC)所構(gòu)成的端部鐵芯，對(duì)與電樞繞組端部以較大的圓角實(shí)現(xiàn)接觸。這簡(jiǎn)化了鐵芯絕緣層的處理，提高了電樞繞組的可靠性；
4)矽鋼片具有磁飽和點(diǎn)較高的特點(diǎn)，但由于只能形成2D結(jié)構(gòu)。混合結(jié)構(gòu)能夠使得矽鋼片所形成的2D鐵芯的性能得到充分利用，從而使得電機(jī)的結(jié)構(gòu)更加緊湊。這有利于增加電機(jī)的功率密度；
5)當(dāng)電樞繞組的端部位于在鐵芯之中，電樞繞組的端部得到保護(hù)。繞組不會(huì)出現(xiàn)松脫導(dǎo)的現(xiàn)象，因而生產(chǎn)良率得到提高，電機(jī)的可靠性得到加強(qiáng)；
6)由于電樞繞組的端部的一部分，或者全部，位于在鐵芯之中，電樞繞組的導(dǎo)線長(zhǎng)度得到減少。因而降低了繞組的電阻，提高了電機(jī)的效率。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為現(xiàn)有永磁同步電機(jī)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為現(xiàn)有永磁同步電機(jī)的組合示意圖；
圖3為現(xiàn)有永磁同步電機(jī)的一個(gè)集中繞組的線圈圖一；
圖4為現(xiàn)有永磁同步電機(jī)的一個(gè)集中繞組的線圈圖二；
圖5為現(xiàn)有永磁同步電機(jī)定子電磁部分的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為現(xiàn)有的永磁同步電機(jī)的定子鐵芯結(jié)構(gòu)意圖； 圖7為本發(fā)明的立體分解示意圖；
圖8為本發(fā)明的立體組合圖；
圖9為本發(fā)明纏繞了電樞繞組后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖10為本發(fā)明用于電機(jī)的電磁結(jié)構(gòu)立體示意圖；
圖11為圖10的局部放大圖；
圖12為本發(fā)明用于電機(jī)的電磁結(jié)構(gòu)的平面示意圖；
圖13為本發(fā)明實(shí)施例二的定子鐵芯端部的示意圖；
圖14為圖13局部剖的示意圖；
圖15為本發(fā)明電機(jī)實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)不意圖一；
圖16為本發(fā)明電機(jī)實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖二 ；
圖17為本發(fā)明定子結(jié)構(gòu)的實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖一；
圖18為本發(fā)明定子結(jié)構(gòu)的實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖二。

【具體實(shí)施方式】
[0019]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0020]實(shí)施例一:
參考圖7、8所示，本發(fā)明公開(kāi)了一種高功率密度的電機(jī)定子鐵芯結(jié)構(gòu)，其包括定子鐵芯本體1、定子鐵芯端部5，其中:
定子鐵芯本體1，其為2D結(jié)構(gòu)，由具有較高磁飽和點(diǎn)的軟磁材料構(gòu)成，在本實(shí)施例中，其是用矽鋼片疊裝而成。
[0021]定子鐵芯端部5，都是由具有較高電阻率和高導(dǎo)磁率的軟磁材料構(gòu)成，例如軟磁復(fù)合材料(soft magnetic composite material, SMC);其與定子鐵芯本體I配合的一側(cè)，為平面結(jié)構(gòu)，橫截面與定子鐵芯本體I的橫截面完全相同；其另一側(cè)的中心設(shè)有凸出平面的擋垣51，圓周上設(shè)有凸出平面的擋垣52，配合圖11所示，擋垣51、52形成凹陷53。
[0022]使用時(shí)，該定子鐵芯端部5，可以為一個(gè)，也可以為兩個(gè)，在本實(shí)施例中，其為兩個(gè)，分別設(shè)在定子鐵芯本體I的兩端。
[0023]參考圖9所示，定子鐵芯端部5的平面結(jié)構(gòu)的一側(cè)，與定子鐵芯本體I實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，另一端的擋垣51、52的設(shè)置，使電樞繞組5的線圈端部可以完全安裝在鐵芯的凹陷53中，這樣，整個(gè)電機(jī)定子的電磁部分的尺寸就可以被控制得很準(zhǔn)，電機(jī)結(jié)構(gòu)會(huì)更加緊湊。
[0024]參考圖10、11、12所示，本發(fā)明還分開(kāi)了一種電機(jī)，其包括有上述的定子鐵芯結(jié)構(gòu)、電樞繞組2、轉(zhuǎn)子3及轉(zhuǎn)子磁鋼4。
[0025]電樞繞組2纏繞在所述的定子鐵芯結(jié)構(gòu)上，轉(zhuǎn)子磁鋼4設(shè)于轉(zhuǎn)子3內(nèi)壁上，轉(zhuǎn)子磁鋼套4設(shè)在定子鐵芯結(jié)構(gòu)外。
[0026]在使用時(shí)，由于定子鐵芯的長(zhǎng)度相同，即電機(jī)的有效電磁作用面相同。但繞組的Lc長(zhǎng)度可以降低，因而電樞繞組2的導(dǎo)線的整體長(zhǎng)度可以降低(見(jiàn)圖3和圖4)。這導(dǎo)致電樞繞組2的電阻可以降低。這對(duì)于減少因繞組的電阻而產(chǎn)生的損耗是很有意義的。電機(jī)的效率可以由此而提高；另外，電樞繞組2的端部在鐵芯結(jié)構(gòu)的凹陷53中，因而得到充分的保護(hù)。另外，這種結(jié)構(gòu)可以避免產(chǎn)生電樞繞組2部分端部線圈的脫落現(xiàn)象，提高電機(jī)生產(chǎn)的良率和使用的可靠性。
[0027]另外，從圖10還可以看出，本發(fā)明的定子鐵芯結(jié)構(gòu)，在線圈長(zhǎng)度不變的情況下，該定子鐵芯的長(zhǎng)度，超過(guò)轉(zhuǎn)子磁鋼4的長(zhǎng)度。這樣要以利用磁場(chǎng)的邊緣效應(yīng)，進(jìn)一步增加電樞繞組所耦合的轉(zhuǎn)子磁鋼所產(chǎn)生的磁通量；進(jìn)一步提高電機(jī)的功率。
[0028]實(shí)施例二:
參考圖13、14所示，其與實(shí)施例一相比，不同之處在于:
該實(shí)施例的定子鐵芯端部5，在與電樞繞組2相接觸的部分，即凹陷53處，設(shè)有倒角54，倒角54的設(shè)置，使得定子鐵芯端部5表面的絕緣層厚度很均勻，絕緣層很容易實(shí)現(xiàn)，甚至可以免去絕緣層；另外，參考圖14所示，帶有圓角的定子鐵芯端部5，使電樞繞組2避免了和定子鐵芯端部5的銳角接觸產(chǎn)生磨損，提高了電樞繞組2的可靠性。
[0029]實(shí)施例三:
參考圖15、16所示，其為本發(fā)明電機(jī)的實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖，與實(shí)施例一相比，其不同之處在于:
在本實(shí)施例中，定子鐵芯端部5只有一個(gè)，是設(shè)于定子鐵芯本體I的下端。這種結(jié)構(gòu)可以使得繞組對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子的端部61丨(見(jiàn)圖2)可以得到充分保護(hù)，而定子鐵芯的主體部分I(見(jiàn)圖8)可以得到加長(zhǎng)。這可以讓鐵芯的主體部分的高導(dǎo)磁率的性能得到充分發(fā)揮，而這在許多應(yīng)用中是非常有意義的。
[0030]實(shí)施例三:
參考圖17、18所示，其為本發(fā)明電機(jī)的實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖，與實(shí)施例一相比，其不同之處在于:
在本實(shí)施例中，部分電樞繞組2的線圈端部位于定子鐵芯端部5的外部。這樣處理的結(jié)果是，電樞繞組的長(zhǎng)度Lc得到一定程度的減少，而端部得到一定程度的保護(hù)，并且這可以讓鐵芯的主體部分的高導(dǎo)磁率的性能得到充分發(fā)揮，而這在許多應(yīng)用中是有意義的。
[0031]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種高功率密度的電機(jī)定子鐵芯結(jié)構(gòu)，其特征在于:其包括定子鐵芯本體及定子鐵芯端部，所述的定子鐵芯本體為2D結(jié)構(gòu)，由所述的軟磁材料構(gòu)成；所述的定子鐵芯端部，其設(shè)在所述的定子鐵芯本體的端部，且與所述的定子鐵芯本體相配合的一側(cè)，為平面結(jié)構(gòu)，所述的定子鐵芯端部的另一側(cè)，圓周上設(shè)有凸出平面的擋垣。
2.如權(quán)利要求1所述的高功率密度的電機(jī)定子鐵芯結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的定子鐵芯端部的另一側(cè)，中心設(shè)有凸出平面的擋垣，與其圓周上的擋垣配合形成凹陷。
3.如權(quán)利要求1或2所述的高功率密度的電機(jī)定子鐵芯結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的定子鐵芯端部由軟磁復(fù)合材料制作而成。
4.如權(quán)利要求1或2所述的高功率密度的電機(jī)定子鐵芯結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的定子鐵芯端部上，纏繞電樞繞組的位置，設(shè)有倒角。
5.如權(quán)利要求4所述的高功率密度的電機(jī)定子鐵芯結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的倒角為弧形倒角。
6.如權(quán)利要求1或2所述的高功率密度的電機(jī)定子鐵芯結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的定子鐵芯端部設(shè)有兩個(gè)，分別設(shè)于所述的定子鐵芯本體的兩端。
7.一種電機(jī)，其特征在于:其包括有權(quán)利要求1-5任一所述的高功率密度的電機(jī)定子鐵芯結(jié)構(gòu)、電樞繞組、轉(zhuǎn)子及轉(zhuǎn)子磁鋼，所述的電樞繞組纏繞在所述的定子鐵芯結(jié)構(gòu)上，所述的轉(zhuǎn)子磁鋼設(shè)于所述的轉(zhuǎn)子內(nèi)壁上，所述的轉(zhuǎn)子磁鋼套設(shè)在所述的定子鐵芯結(jié)構(gòu)外。
8.如權(quán)利要求7所述的電機(jī)，其特征在于:所述的電樞繞組的線圈端部位于所述的完全安裝在所述的定子鐵芯端部的凹陷中。
9.如權(quán)利要求7所述的電機(jī)，其特征在于:所述的電樞繞組的部分線圈端部位于所述的定子鐵芯端部的外部。
【文檔編號(hào)】H02K1/12GK104426253SQ201310411160
【公開(kāi)日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】畢磊 申請(qǐng)人:峰岹科技（深圳）有限公司